一种单循环钻锚切换式智能锚杆钻机的制作方法

本发明属于锚杆支护的，具体公开了一种单循环钻锚切换式智能锚杆钻机。

背景技术：

1、锚杆支护是一种快速、安全、经济的巷道和隧道支护方式，是目前巷道和隧道支护先进技术的代表，是煤矿巷道和地面隧道支护技术的发展方向。在澳大利亚、英国、美国、南非等世界主要产煤国，锚杆支护技术已经得到广泛应用。目前，我国煤矿数量8000处左右，每年巷道掘进量超过8000km，其中综合机械化掘进量(综掘)占比90％以上，大中型煤矿巷道的锚杆支护率达到60％，有些矿区已经超过90％。经过实践证明，锚杆支护是煤巷经济、有效的支护技术。

2、但是，现阶段井下巷道和地面隧道施工的支护自动化作业水平仍然较低，多采用机载普通锚杆钻机或人工手持式单体钻机，进行巷道和隧道的支护，存在着支护时间长、作业人员数量多、劳动强度大、支护效率低、职业病危害严重和操作人员工作时间内需处于空顶区等多方面隐患与危险，从而导致采掘失衡严重，支护时间长，严重影响掘进工程进度和采煤效率。

技术实现思路

1、本发明提供了一种单循环钻锚切换式智能锚杆钻机，可搭载于各类设备(如锚护机器人、掘锚机、掘进机、运锚机、盾构等设备)，对巷道和隧道进行锚杆全自动支护，提升巷道和隧道的支护效率，降低工作人员劳动强度。

2、上述单循环钻锚切换式智能锚杆钻机，包括机架、进给机构、钻孔机构、锚固机构、钻锚箱切换机构、对中支架、钻杆送药对中机构、机械送药机构和锚杆对中机构；机架包括支撑顶板、支撑底板以及与支撑顶板和支撑底板垂直相接的支撑立板和进给导向杆；进给机构包括进给驱动件、上导向轮、下导向轮、链条悬挂和进给导向座；进给驱动件包括固定杆以及与固定杆滑动连接的滑动筒，固定杆平行于进给导向杆，固定杆固定在机架内，两个上导向轮对称安装在滑动筒的两侧，两个下导向轮对称安装在滑动筒的两侧，同侧的上导向轮和下导向轮通过链条悬挂连接；进给导向座固定在两条链条悬挂上，设置有导向孔，进给导向杆穿过导向孔；钻孔机构包括钻箱和钻杆；锚固机构包括锚箱和锚杆；钻锚箱切换机构包括钻锚箱切换导向板和钻锚箱切换驱动件；多块钻锚箱切换导向板并排设置，均与进给导向座连接，与支撑立板平行，与钻箱和锚箱滑动相接；钻锚箱切换驱动件驱动钻箱和锚箱沿钻锚箱切换导向板滑动；对中支架包括相对设置的第一悬臂和第二悬臂以及连接第一悬臂和第二悬臂的连接臂；第一悬臂和第二悬臂分别与机架连接；钻杆送药对中机构包括钻杆送药对中梁、钻杆送药对中梁推移件、钻杆定位槽、钻杆夹紧轮和送药导向管；钻杆送药对中梁与连接臂滑动连接，由钻杆送药对中梁推移件驱动沿连接臂滑动；钻杆定位槽安装在钻杆送药对中梁上，槽口朝向第一悬臂，槽口的两侧转动安装有钻杆夹紧轮；送药导向管安装在钻杆送药对中梁上，与钻杆平行；机械送药机构包括装药管、装药管提升件、固定座、压紧座、螺纹柱、压紧弹簧、压紧螺母、柔索输送轮、柔索输送轮驱动件、柔索；装药管位于送药导向管的下方，轴线与送药导向管的轴线重合，装药管由装药管提升件驱动升降；固定座上设置有柔索上限位孔，固定座与装药管连接，柔索上限位孔的轴线与装药管的轴线重合；螺纹柱穿过压紧座，端部与固定座连接；压紧弹簧和压紧螺母套设在螺纹柱上，压紧弹簧位于压紧座和压紧螺母之间；固定座和压紧座上均安装有柔索输送轮，两组柔索输送轮相对设置，由柔索输送轮驱动件驱动旋转；柔索从两组柔索输送轮之间穿过并由柔索输送轮压紧，顶端位于柔索上限位孔内；所述锚杆对中机构包括锚杆对中梁、锚杆对中梁推移件、锚杆定位槽和锚杆夹紧轮；锚杆对中梁与连接臂滑动连接，由锚杆对中梁推移件驱动沿连接臂滑动；锚杆定位槽安装在锚杆对中梁上，槽口朝向第二悬臂，槽口的两侧转动安装有锚杆夹紧轮。

3、上述单循环钻锚切换式智能锚杆钻机中，支撑顶板的上表面设置有接顶锥；支撑立板上设置有导向轨道；导向轨道沿进给驱动件的进给方向设置；进给驱动件的滑动筒上设置有与导向轨道配合的导向滑块。

4、上述单循环钻锚切换式智能锚杆钻机中，进给机构还包括摆动组件；摆动组件包括摆动耳座、摆动横梁、摆动销、固定板；摆动耳座上设置有相互垂直的摆动横梁定位孔和链条悬挂定位孔；摆动横梁位于两侧的链条悬挂之间，中间位置设置有销孔，两端插入两侧摆动耳座的摆动横梁定位孔中；摆动销穿过摆动横梁的销孔，第一端与支撑立板连接；固定板通过连接件固定在支撑立板上，压紧摆动销的第二端；链条悬挂穿过对应摆动耳座的链条悬挂定位孔。

5、上述单循环钻锚切换式智能锚杆钻机中，进给机构还包括悬挂张紧组件；悬挂张紧组件与上导向轮或下导向轮配合，包括张紧套管、张紧叉杆、张紧螺母、张紧弹簧；张紧套管固定在进给驱动件的滑动筒上，表面设置有外螺纹；张紧叉杆穿过张紧套管，顶端设置有轮座与上导向轮连接或底端设置有轮座与下导向轮连接；张紧螺母套设在张紧套管上；张紧弹簧套设在张紧叉杆和张紧套管上，两端分别与张紧螺母和轮座相接。

6、上述单循环钻锚切换式智能锚杆钻机中，三块钻锚箱切换导向板并排设置，中间的钻锚箱切换导向板为工作位，两侧的钻锚箱切换导向板为等待位，中间的钻锚箱切换导向板上设置有用于锁紧钻箱或锚箱的锁紧件；钻锚箱切换导向板上平行设置有钻锚箱切换轨道和钻锚箱切换导向孔；钻箱上设置有钻箱切换滑槽、钻箱切换导向柱和钻箱固定孔，钻箱切换滑槽与钻锚箱切换轨道滑动相接，钻箱切换导向柱与钻锚箱切换导向孔滑动相接；锚箱上设置有锚箱切换滑槽、锚箱切换导向柱和锚箱固定孔，锚箱切换滑槽与钻锚箱切换轨道滑动相接，锚箱切换导向柱与钻锚箱切换导向孔滑动相接；钻锚箱切换驱动件包括固定杆以及与固定杆滑动连接的滑动筒，固定杆的两端固定在机架上，滑动筒与固定杆滑动连接；钻锚箱切换机构还包括钻锚箱切换滑轨和双头驱动块；钻锚箱切换滑轨固定在机架上，与钻锚箱切换驱动件平行；双头驱动块与钻锚箱切换驱动件的滑动筒固定连接，与钻锚箱切换滑轨滑动连接，设置有两个圆柱头，两个圆柱头分别用于插设在钻箱固定孔和锚箱固定孔内。

7、上述单循环钻锚切换式智能锚杆钻机中，钻杆送药对中机构还包括钻杆送药对中导向筒；钻杆送药对中导向筒包括钻杆送药对中外筒、钻杆送药对中内筒和钻杆送药对中导向键；钻杆送药对中外筒和钻杆送药对中内筒滑动连接，通过轴向设置的钻杆送药对中导向键限制周向旋转；钻杆送药对中外筒固定在连接臂上，钻杆送药对中内筒与钻杆送药对中梁连接，钻杆送药对中内筒由钻杆送药对中梁推移件驱动沿钻杆送药对中外筒伸缩。

8、上述单循环钻锚切换式智能锚杆钻机中，钻杆送药对中机构还包括对中位移传感器和磁环；磁环安装在钻杆送药对中内筒内；对中位移传感器安装在钻杆送药对中外筒内，设置有探针，探针穿过磁环；对中位移传感器和磁环配合测量钻杆送药对中梁的位移，量程大于钻杆送药对中内筒的行程。

9、上述单循环钻锚切换式智能锚杆钻机中，装药管的外壁设置有连接侧板，底端设置有连接底板；装药管提升件连接钻杆送药对中梁和连接侧板；连接底板上设置有旋转孔和上定位销孔；固定座上设置有下定位销孔；机械送药机构还包括旋转销钉和定位销；旋转销钉固定在固定座上，与旋转孔转动连接；定位销用于在柔索上限位孔的轴线与装药管的轴线重合时穿过上定位销孔和下定位销孔；压紧座上还设置有柔索下限位孔；柔索下限位孔的轴线与柔索上限位孔的轴线重合；柔索穿过柔索下限位孔以及两组柔索输送轮之间的空隙。

10、上述单循环钻锚切换式智能锚杆钻机中，锚杆对中机构还包括锚杆对中导向筒；锚杆对中导向筒包括锚杆对中外筒、锚杆对中内筒和锚杆对中导向键；锚杆对中外筒和锚杆对中内筒滑动连接，通过轴向设置的锚杆对中导向键限制周向旋转；锚杆对中外筒固定在连接臂上，锚杆对中内筒与锚杆对中梁连接，锚杆对中内筒由锚杆对中梁推移件驱动沿锚杆对中外筒伸缩。

11、上述单循环钻锚切换式智能锚杆钻机中，进给驱动件为进给油缸，采用单出头结构，固定杆的底端与支撑底板连接；钻锚箱切换驱动件为钻锚箱切换油缸，采用双出头结构，固定杆的两端固定在支撑底板上；钻杆送药对中梁推移件为钻杆送药对中梁推移油缸，两端分别与钻杆送药对中外筒和钻杆送药对中内筒连接；装药管提升件为装药管提升油缸，两端分别与钻杆送药对中梁和连接侧板连接；锚杆对中梁推移件为锚杆对中梁推移油缸，两端分别与锚杆对中外筒和锚杆对中内筒连接；单循环钻锚切换式智能锚杆钻机还包括用于控制液压元件的液压系统以及与机架连接的钻机提升机构；进给机构还包括编码器；编码器与上导向轮或下导向轮连接，用于测量钻孔机构和锚固机构的位移和速度；钻锚箱切换机构还包括切换位移传感器；切换位移传感器用于测量钻箱和锚箱的位移；机械送药机构还包括送药位移传感器；送药位移传感器用于测量装药管的位移。

12、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。

13、(1)可缩短支护施工的时间：传统的锚杆支护时间占到了巷道掘进时间的2/3，采用上述单循环钻锚切换式智能锚杆钻机施工后，单根锚杆支护时间控制在3分钟左右，缩短40％的施工时间。

14、(2)可降低工人的劳动强度：传统的支护设备主要依靠人工扛、抬、举等完成，人员劳动强度大，采用上述单循环钻锚切换式智能锚杆钻机施工后，实现全流程自动锚护，无需人工送药、上锚杆、紧固等工序，极大降低了工人的劳动强度。

15、(3)可提高施工的安全性，极大降低职业病发病率：传统的支护设备操作人员处于空顶区易产生危险，同时操作人员与粉尘源接近可大量的呼吸性粉尘，每年发生的锚杆支护巷道冒顶事故高达数百起，锚护行业人员患肺硒病40万人左右，采用上述单循环钻锚切换式智能锚杆钻机施工后，无需人工操作，远离施工区域，保证操作人员的安全和健康。

16、(4)可降低操作人数，提高生产效率：传统的1台单体锚杆钻机需要3-4人配合，上述单循环钻锚切换式智能锚杆钻机仅仅需1-2人作业，减少了工作面的人数，降低了人员成本。

17、(5)由于煤矿井下和隧道施工作业环境恶劣、存在危险性，加之媒体长期高度关注，社会舆论对煤炭行业普遍存在看法，年轻一代从事煤炭采掘行业和隧道施工行业意愿较低，导致企业人员招募困难，劳动力成本逐年上升，从业人员老龄化的问题逐渐突出，因此，煤矿开采和隧道掘进自动化是大势所趋，施工单位纷纷提出了采掘工作面自动化、智能化计划，其中自动锚杆支护技术最为迫切和最为困难的，本发明提供的单循环钻锚切换式智能锚杆钻机对于加快锚护速度、提高安全性、降低工人工作强度、实现锚护作业全过程的自动化和智能化具有重大意义。